CN107651777B - 一种碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法 - Google Patents

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Abstract

一种碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，涉及一种水处理方法。本发明为了解决高铁酸盐氧化能力有限无法快速氧化去除不含有富电子基团的污染物的问题。方法：一、水样的pH调节，通入水样，投加碳质材料；二、加入高铁酸盐，设定水力停留时间为5～60min；三、反应结束水样依次经过混凝、沉淀和过滤工艺处理后即完成。本发明方法可以去除高铁难于氧化的不含富电子基团的有机污染物质，不会向水体中引入其他的有害有毒因素，去除效率高，去除范围广，工艺流程简单，操作方便，运行成本低。本发明适用于水源水以及污水处理。

Description

一种碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法
技术领域
本发明涉及一种水处理方法。
背景技术
目前，基于高铁酸盐的氧化技术成为国内外的研究热点，因为高铁酸盐是一种环境友好型新型氧化剂，而且高铁反应后生成的铁氢氧化物Fe(OH)3具有良好的絮凝作用。但是高铁酸盐是一种选择性氧化剂，易于与含有富电子基团的污染物反应，而对于一些不含有富电子基团的污染物高铁酸盐氧化缓慢甚至无法氧化。
碳质材料包括碳纳米管，石墨烯和活性炭等，碳质材料作为一种新材料已经引起人们的广泛关注，碳质材料不仅具有良好的吸附能力，而且还可以传输电子同时具有一定的还原性。目前碳质材料已经被证实可以活化过硫酸盐，高锰酸钾等氧化剂，提高过硫酸盐和高锰酸钾的氧化能力。
发明内容：
本发明为了解决高铁酸盐氧化能力有限，无法快速氧化去除不含有富电子基团的污染物的问题，提出一种碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法。
一种碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，该方法按以下步骤进行：
一、将待处理水样的pH调节到6～10，然后向反应器中持续通入待处理水样，持续向反应器中通入待处理水样过程中向反应器中投加碳质材料并保证待处理水样中碳质材料浓度为10～100mg/L；
所述碳质材料为固体碳质材料或固体碳质材料的水分散液；碳质材料的水分散液中固体碳质材料的浓度为10g/L；
所述固体碳质材料为煤质活性炭、椰壳活性炭、木质活性炭或碳纳米管中的一种或几种按任意比例混合的混合物；
所述待处理水样为含有机污染物的地表水、含有机污染物的地下水、含有机污染物的工业废水或含有机污染物的污水厂二级出水；
二、待处理水样与碳质材料充分混合后，向反应器中加入高铁酸盐并保证待处理水样中高铁酸盐的浓度为0.5～5mg/L；并设定水力停留时间为5～60min；
所述高铁酸盐为固体高铁酸盐或固体高铁酸盐水溶液；固体高铁酸盐水溶液中高铁酸盐的浓度为10mmol/L，固体高铁酸盐水溶液的pH＝9；所述固体高铁酸盐为高铁酸钾或高铁酸钠；
三、待处理水样在反应器中经过5～60min的水力停留后反应结束，将待处理水样输入絮凝池，在絮凝池中投加混凝剂，待处理水样依次经过混凝、沉淀和过滤工艺处理后，即完成；
所述在絮凝池中投加混凝剂的量为5～10mg/L；
所述混凝剂为聚合氯化铝。
本发明碳质材料与高铁酸盐协同去除污水中有机污染物的方法的基本原理为：高铁酸盐是一种氧化能力较强的氧化剂，高铁酸盐与碳质材料反应原位生成氧化能力比Fe(VI)强的中间产物如Fe(IV)中间产物、Fe(V)中间产物、碳自由基或Fe(VI)-C的络合物等，中间产物迅速将酚类物质、胺类物质以及一些不易氧化的药物阿替洛尔、普萘洛尔等有机污染物氧化形成相应的氧化产物，同时由于碳质材料的吸附能力较强，反应过程中形成的部分氧化产物可以吸附于活性炭表面，随着碳材料的絮凝和沉淀而被去除，避免了后续氯化消毒过程中氧化产物转化为消毒副产物。
本发明具有以下优点：
一、本发明方法中高铁酸盐是一种绿色环保的氧化剂，而碳质材料也是一种常用的水处理药剂，因此本发明方法不会向水体中引入其他的有害有毒因素，并且高铁酸盐和碳质材料方便获得，运输方便。
二、本发明方法通过高铁酸盐与碳质材料反应，反应过程中能够原位生成氧化能力比Fe(VI)强的中间产物如Fe(IV)中间产物、Fe(V)中间产物、碳自由基或Fe(VI)-C的络合物等，可以加快去除高铁难于氧化的不含富电子基团的有机污染物质，例如普萘洛尔，3-溴苯酚，阿替洛尔或2,6-二氯苯酚等。
三、本发明方法中高铁酸盐反应后的终产物是三价铁，三价铁具有良好的吸附和促进絮凝的作用，可以促反应后终产物的混凝沉淀，同时活性炭可以通过吸附作用与高铁酸盐协同去除部分有机污染物。
四、与现有处理工艺相比较，本发明方法具有去除效率高，去除范围广，工艺流程简单，操作方便，不需要改变原有处理工艺，运行成本低等优点。
五、本发明对多种污水中常见的有机污染物的去除率都可以达到70～100％，本发明方法在10min内对卤代酚类的去除率达到100％，对普萘洛尔等药物的去除率达到100％，对硝基苯胺的去除率达到90％，对茶碱等药物的去除率达到80％；
附图说明
图1为普萘洛尔去除效率曲线图，图中曲线1为实施例3利用高铁酸盐氧化去除普萘洛尔的去除率曲线，图中曲线2为实施例2中利用木质活性炭氧化去除普萘洛尔的去除率曲线，图中曲线3为实施例1中利用本发明方法对普萘洛尔的去除率曲线。
具体实施方式：
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，按以下步骤进行：
一、将待处理水样的pH调节到6～10，然后向反应器中持续通入待处理水样，持续向反应器中通入待处理水样过程中向反应器中投加碳质材料并保证待处理水样中碳质材料浓度为10～100mg/L；
二、待处理水样与碳质材料充分混合后，向反应器中加入高铁酸盐并保证待处理水样中高铁酸盐的浓度为0.5～5mg/L；并设定水力停留时间为5～60min；
三、待处理水样在反应器中经过5～60min的水力停留后反应结束，将待处理水样输入絮凝池，在絮凝池中投加混凝剂，待处理水样依次经过混凝、沉淀和过滤工艺处理后，即完成。
本实施方式具有以下优点：
一、本实施方式方法中高铁酸盐是一种绿色环保的氧化剂，而碳质材料也是一种常用的水处理药剂，因此本实施方式方法不会向水体中引入其他的有害有毒因素，并且高铁酸盐和碳质材料方便获得，运输方便。
二、本实施方式方法通过高铁酸盐与碳质材料反应，反应过程中能够原位生成氧化能力比Fe(VI)强的中间产物如Fe(IV)中间产物、Fe(V)中间产物、碳自由基或Fe(VI)-C的络合物等，可以加速去除高铁难于氧化的不含富电子基团的有机污染物质，例如普萘洛尔，3-溴苯酚，阿替洛尔或2,6-二氯苯酚等。
三、本实施方式方法中高铁酸盐反应后的终产物是三价铁，三价铁具有良好的吸附和促进絮凝的作用，可以促反应后终产物的混凝沉淀，同时活性炭可以通过吸附作用与高铁酸盐协同去除部分有机污染物。
四、与现有处理工艺相比较，本实施方式方法具有去除效率高，去除范围广，工艺流程简单，操作方便，不需要改变原有处理工艺，运行成本低等优点。
五、本实施方式对多种污水中常见的有机污染物的去除率都可以达到70～100％，本实施方式方法在10min内对卤代酚类的去除率达到100％，对普萘洛尔等药物的去除率达到100％，对硝基苯胺的去除率达到90％，对茶碱等药物的去除率达到80％；
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述碳质材料为固体碳质材料或固体碳质材料的水分散液。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述碳质材料的水分散液中固体碳质材料的浓度为10g/L。其他步骤和参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述固体碳质材料为煤质活性炭、椰壳活性炭、木质活性炭或碳纳米管中的一种或几种按任意比例混合的混合物。其他步骤和参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述待处理水样为含有机污染物的地表水、含有机污染物的地下水、含有机污染物的工业废水或含有机污染物的污水厂二级出水。其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二所述高铁酸盐为固体高铁酸盐或固体高铁酸盐水溶液。其他步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述固体高铁酸盐水溶液中高铁酸盐的浓度为10mmol/L，固体高铁酸盐水溶液的pH＝9。其他步骤和参数与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述固体高铁酸盐为高铁酸钾或高铁酸钠。其他步骤和参数与具体实施方式六相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三所述在絮凝池中投加混凝剂的量为5～10mg/L。其他步骤和参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三所述混凝剂为聚合氯化铝。其他步骤和参数与具体实施方式一至九之一相同。
实施例1：
一种碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，该方法按以下步骤进行：
一、将待处理水样的pH调节到9，然后向反应器中持续通入待处理水样，持续向反应器中通入待处理水样过程中向反应器中投加碳质材料并保证待处理水样中碳质材料浓度为55mg/L；
所述碳质材料为固体碳质材料；所述固体碳质材料为木质活性炭；所述待处理水样为含有机污染物的污水厂二级出水；
二、待处理水样与碳质材料充分混合后，向反应器中加入高铁酸盐并保证待处理水样中高铁酸盐的浓度为3mg/L；并设定水力停留时间为30min；
所述高铁酸盐为固体高铁酸盐水溶液；固体高铁酸盐水溶液中高铁酸盐的浓度为10mmol/L，固体高铁酸盐水溶液的pH＝9；所述高铁酸盐为高铁酸钠；
三、待处理水样在反应器中经过30min的水力停留后反应结束，将待处理水样输入絮凝池，在絮凝池中投加混凝剂，待处理水样依次经过混凝、沉淀和过滤工艺处理后，即完成；所述在絮凝池中投加混凝剂的量为8mg/L；所述混凝剂为聚合氯化铝。
实施例2：本实施例与实施例1不同的是，步骤二为：待处理水样与碳质材料充分混合后，设定水力停留时间为30min；其他步骤和参数与实施例1相同；
实施例3：本实施例与实施例1不同的是，步骤一为：一、将待处理水样的pH调节到9，然后向反应器中持续通入待处理水样；其他步骤和参数与实施例1相同；
测试实施例1～3中的普萘洛尔的除效率，如图1所示，图1为普萘洛尔去除效率曲线图，曲线1为实施例3利用高铁酸盐氧化去除普萘洛尔的去除率曲线，图中曲线2为实施例2中利用木质活性炭氧化去除普萘洛尔的去除率曲线，图中曲线3为实施例1中利用本发明方法对普萘洛尔的去除率曲线。由图1可知，相同的条件下，在30min内单独高铁酸盐氧化去除普萘洛尔的去除率为60％，单独木质活性炭去除普萘洛尔的去除率为40％，本发明方法在10min内对普萘洛尔的去除率就已经达到100％。

Claims (10)

1.一种碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，其特征在于：该方法按以下步骤进行：
一、将待处理水样的pH调节到6～10，然后向反应器中持续通入待处理水样，持续向反应器中通入待处理水样过程中向反应器中投加碳质材料并保证待处理水样中碳质材料浓度为10～100mg/L；
二、待处理水样与碳质材料充分混合后，向反应器中加入高铁酸盐并保证待处理水样中高铁酸盐的浓度为0.5～5mg/L；并设定水力停留时间为5～60min；
三、待处理水样在反应器中经过5～60min的水力停留后反应结束，将待处理水样输入絮凝池，在絮凝池中投加混凝剂，待处理水样依次经过混凝、沉淀和过滤工艺处理后，即完成。
2.根据权利要求1所述的碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，其特征在于：步骤一所述碳质材料为固体碳质材料或固体碳质材料的水分散液。
3.根据权利要求2所述的碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，其特征在于：所述碳质材料的水分散液中固体碳质材料的浓度为10g/L。
4.根据权利要求2所述的碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，其特征在于：所述固体碳质材料为煤质活性炭、椰壳活性炭、木质活性炭或碳纳米管中的一种或几种按任意比例混合的混合物。
5.根据权利要求1所述的碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，其特征在于：所述待处理水样为含有机污染物的地表水、含有机污染物的地下水、含有机污染物的工业废水或含有机污染物的污水厂二级出水。
6.根据权利要求1所述的碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，其特征在于：步骤二所述高铁酸盐为固体高铁酸盐或固体高铁酸盐水溶液。
7.根据权利要求6所述的碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，其特征在于：所述固体高铁酸盐水溶液中高铁酸盐的浓度为10mmol/L，固体高铁酸盐水溶液的pH＝9。
8.根据权利要求6所述的碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，其特征在于：所述固体高铁酸盐为高铁酸钾或高铁酸钠。
9.根据权利要求1所述的碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，其特征在于：步骤三所述在絮凝池中投加混凝剂的量为5～10mg/L。
10.根据权利要求1所述的碳质材料与高铁酸盐协同进行水处理的方法，其特征在于：步骤三所述混凝剂为聚合氯化铝。
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